2023年氣化車間培訓(xùn)教材

第一章：煤及水煤漿的性質(zhì)

第一節(jié)：煤及煤分析

中國的能源結(jié)構(gòu)及需求預(yù)測：

1:煤炭在中國能源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要地位：

中國是世界煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國，從1995年到2004年，中國年原煤產(chǎn)量一

直居世界第一位，中國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭占70%左右，火力發(fā)電用煤占煤

炭消費(fèi)總量的45%左右，隨著世界原油消費(fèi)量的大幅上漲，原油貯量的降低，煤

炭消費(fèi)在整個能源消費(fèi)中所占的比重必將逐年上升，同時，隨著中國煤化工的急

速發(fā)展，煤氣化，煤液化及以煤炭作為生產(chǎn)化工產(chǎn)品的原料需用量也將逐年增長,

下表是未來20年中國石油煤炭產(chǎn)量及需求預(yù)測：

表一：中國未來石油，煤炭產(chǎn)量及需求預(yù)測:

石油（Mt）煤炭（Mt）天然氣（億

產(chǎn)量消費(fèi)量進(jìn)口量產(chǎn)量消費(fèi)量m3）

2000163.0229.669.6998939.7242.3

201017029012014001350900

2020180390210160015801500

預(yù)計(jì)2010年中國人口為13.5億，按人均能源消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)煤：1.55t計(jì)算（相

當(dāng)于世界平均水平的75%）,需標(biāo)準(zhǔn)煤總量為21億噸，若煤炭占能源消費(fèi)總量的

55-56%,油氣占36-38%,則油氣進(jìn)口量將達(dá)到2.1億-2.6億噸,因受國內(nèi)油氣

資源的制約，中國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭所占比例降到55%以下的可能性不

大，從中國的能源資源條件和能源安全方面考慮，應(yīng)立足于中國的煤炭資源，積

極發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，以煤帶油，以緩解大量進(jìn)口石油造成的壓力和風(fēng)險，所以,

發(fā)展中國的煤氣化產(chǎn)業(yè)大有可為。

2：中國煤田的利用現(xiàn)狀和存在問題

a:煤炭利用的現(xiàn)狀：

中國的煤炭利用方式以燃燒為主，據(jù)統(tǒng)計(jì)1999年作為燃料燒掉的煤炭占煤

炭消費(fèi)總量的86%,其中發(fā)電占41%,工業(yè)鍋爐，窯爐占33%,焦化和氣化占12.5%,

下表列出的是1999年的中國煤炭消費(fèi)及構(gòu)成：

項(xiàng)目總消費(fèi)量發(fā)電工業(yè)鍋爐及窯焦化及氣居民生活及其

爐化他

消費(fèi)量/Mt1264512415158179

構(gòu)成%10040.5132.8312.5014.16

2000年中國煤炭消費(fèi)量為1220Mt,其中發(fā)電耗煤528.IMt,占43.3%,發(fā)電用煤

以每年3-6%的速度增長，隨著油氣價格上漲，化工原料用煤將有較大增長。

b:中國煤炭利用存在的問題：

①綜合利用效率低：

中國煤炭燃燒技術(shù)比較落后，綜合利用效率約為32%,與世界先進(jìn)水平相比

有很大差距，比發(fā)達(dá)國家低10%左右，以發(fā)電耗煤為例，中國平均為399g/kwh,

比日本高出89g/kwh,下表列出了1999年中國主要工業(yè)產(chǎn)品能耗與國際水平的比

較：

項(xiàng)目發(fā)電鋼鐵(kg/t)水泥(kg/t)合成氨乙烯（kg/t）

(g/kwh)（kg/t）

中國（a）399833193.813991277

日本（b）310680124.6970（美國）870

a/b1.241.231.561.441.47

②能耗高，節(jié)能潛力大:

目前中國萬元GDP能耗為1.84tec,而美國為0.483tec,中國是美國的3.8

倍，預(yù)計(jì)能源利用效率提高一個百分點(diǎn)，則可收到300億元的經(jīng)濟(jì)效益。

③煤炭生產(chǎn)效率低成本高：

中國煤炭行業(yè)中重點(diǎn)國營煤礦生產(chǎn)效率低，成本高，總體虧損嚴(yán)重。1998

年中國重點(diǎn)煤礦全員效率僅為2.18t煤/工，美國為118.85t/I,澳大利亞為

108.It/工，分別是中國的54.5倍，和49.6倍。1999年中國重點(diǎn)煤礦虧損約50

億元。近幾年來中國煤炭行業(yè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高生產(chǎn)效率，降低成本取得了一

定成效，2001年出現(xiàn)全行業(yè)盈利的大好局面。

④環(huán)境污染嚴(yán)重：

中國在煤炭生產(chǎn)和利用過程中給生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，燃煤排放的S02

占全國總排放量的85覽據(jù)世界首位，C02排放量僅次于美國居世界第二位。在未

來20年中中國煤炭產(chǎn)量將增加6億噸，其中5億噸用于發(fā)電，如何采取高效清

潔燃燒技術(shù)，提高利用效率，減少S02及C02的排放量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，是中國

煤炭利用中必須解決的重大課題。下表是1990一一2020年中國及世界C02排放

量：

年19901995199920102020

項(xiàng)'\份

目、

美國13521495151718352088

中國61776566911271692

世界總計(jì)58276139609779109850

二.煤的分類

1.煤的實(shí)用分類：煤的實(shí)用分類又稱煤的工業(yè)分類。按煤的工藝性質(zhì)和用

途分類，稱為實(shí)用分類。中國煤分類和各主要工業(yè)國的煤炭分類均屬于實(shí)用分類，

以下詳細(xì)介紹我國煤實(shí)用分類的情況。

根據(jù)煤的煤化度，將我國所有的煤分為褐煤、煙煤和無煙煤三大煤類。又根

據(jù)煤化度和工業(yè)利用的特點(diǎn)，將褐煤分成2個小類，無煙煤分成3個小類。煙煤

比較復(fù)雜，按揮發(fā)分分為4個檔次，即Vdaf>10?20%、>20?28%、>28-37%

和>37%,分為低、中、中高和高四種揮發(fā)分煙煤。按粘結(jié)性可以分為5個或6

個檔次，即GR.I.為0?5,稱不粘結(jié)或弱粘結(jié)煤；GR.I.>5~20,稱弱粘結(jié)

煤；GR.I.>20?50,稱為中等偏弱粘結(jié)煤；GR.I.>50?65,稱中等偏強(qiáng)粘

結(jié)煤；GR.I.>65,稱強(qiáng)粘結(jié)煤。在強(qiáng)粘結(jié)煤中，若y>25mm或b>150%(對

于Vdaf>28%,的肥煤，b>22096)的煤，則稱為特強(qiáng)粘結(jié)煤。各類煤的基本特征

如下：

(1)無煙煤(WY)。無煙煤固定碳含量高，揮發(fā)分產(chǎn)率低，密度大，硬度大，

燃點(diǎn)高，燃燒時不冒煙。01號無煙煤為年老無煙煤；02號無煙煤為典型無煙煤；

03號無煙煤為年輕無煙煤。如北京、晉城、陽泉分別為01、02、03號無煙煤。

(2)貧煤(PM)。貧煤是煤化度最高的一種煙煤，不粘結(jié)或微具粘結(jié)性。在層

狀煉焦?fàn)t中不結(jié)焦。燃燒時火焰短，耐燒。

(3)貧瘦煤(PS)。貧瘦煤是高變質(zhì)、低揮發(fā)分、弱粘結(jié)性的一種煙煤。結(jié)焦

較典型瘦煤差，單獨(dú)煉焦時，生成的焦粉較多。

(4)瘦煤(SM)。瘦煤是低揮發(fā)分的中等粘結(jié)性的煉焦用煤。在煉焦時能產(chǎn)生

一定量的膠質(zhì)體。單獨(dú)煉焦時，能得到塊度大、裂紋少、抗碎性較好的焦炭，但

焦炭的耐磨性較差。

(5)焦煤(川)。焦煤是中等及低揮發(fā)分的中等粘結(jié)性及強(qiáng)粘結(jié)性的一種煙煤。

加熱時能產(chǎn)生熱穩(wěn)定性很高的膠質(zhì)體。單獨(dú)煉焦時能得到塊度大、裂紋少、抗碎

強(qiáng)度高的焦炭，其耐磨性也好。但單獨(dú)煉焦時，產(chǎn)生的膨脹壓力大，使推焦困難。

(6)肥煤(FM)。肥煤是低、中、高揮發(fā)分的強(qiáng)粘結(jié)性煙煤。加熱時能產(chǎn)生大

量的膠質(zhì)體。單獨(dú)煉焦時能生成熔融性好、強(qiáng)度較高的焦炭，其耐磨性有的也較

焦煤焦炭為優(yōu)。缺點(diǎn)是單獨(dú)煉出的焦炭，橫裂紋較多，焦根部分常有峰焦。

(7)1/3焦煤(1/3%1)。1/3焦煤是新煤種，它是中高揮發(fā)分、強(qiáng)粘結(jié)性

的一種煙煤，又是介于焦煤、肥煤、氣煤三者之間的過渡煤。單獨(dú)煉焦能生成熔

融性較好、強(qiáng)度較高的焦炭。

(8)氣肥煤(QF)。氣肥煤是一種揮發(fā)分和膠質(zhì)層都很高的強(qiáng)粘結(jié)性肥煤類，

有的稱為液肥煤。煉焦性能介于肥煤和氣煤之間，單獨(dú)煉焦時能產(chǎn)生大量的氣體

和液體化學(xué)產(chǎn)品。

(9)氣煤(QM)。氣煤是一種煤化度較淺的煉焦用煤。加熱時能產(chǎn)生較高的揮

發(fā)分和較多的焦油。膠質(zhì)體的熱穩(wěn)定性低于肥煤，能夠單獨(dú)煉焦。但焦炭多呈細(xì)

長條而易碎，有較多的縱裂紋，因而焦炭的抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度均較其他煉焦煤

差。

(10)1/2中粘煤(1/2ZN)o1/2中粘煤是一種中等粘結(jié)性的中高揮發(fā)分煙

煤。其中有一部分在單獨(dú)煉焦時能形成一定強(qiáng)度的焦炭，可作為煉焦配煤的原料。

粘結(jié)性較差的一部分煤在單獨(dú)煉焦時，形成的焦炭強(qiáng)度差，粉焦率高。

(11)弱粘煤(RN)。弱粘煤是一種粘結(jié)性較弱的從低變質(zhì)到中等變質(zhì)程度的煙

煤。加熱時，產(chǎn)生較少的膠質(zhì)體。單獨(dú)煉焦時，有的能結(jié)成強(qiáng)度很差的小焦塊,

有的則只有少部分凝結(jié)成碎焦屑，粉焦率很高。

(12)不粘煤(BN)。不粘煤是一種在成煤初期已經(jīng)受到相當(dāng)氧化作用的低變質(zhì)

程度到中等變質(zhì)程度的煙煤。加熱時，基本上不產(chǎn)生膠質(zhì)體。煤的水分大，有的

還含有一定的次生腐植酸，含氧量較多，有的高達(dá)10%以上。

(13)長焰煤(CY)。長焰煤是變質(zhì)程度最低的一種煙煤，從無粘結(jié)性到弱粘結(jié)

性的都有。其中最年輕的還含有一定數(shù)量的腐植酸。貯存時易風(fēng)化碎裂。煤化度

較高的年老煤，加熱時能產(chǎn)生一定量的膠質(zhì)體。單獨(dú)煉焦時也能結(jié)成細(xì)小的長條

形焦炭，但強(qiáng)度極差，粉焦率很高。

(14)褐煤(HM)。褐煤分為透光率PmV30%的年輕褐煤和Pm>30?50%的年

老褐煤兩小類。褐煤的特點(diǎn)為：含水分大，密度較小，無粘結(jié)性，并含有不同數(shù)

量的腐植酸，煤中氧含量高。常達(dá)15?30%左右?；瘜W(xué)反應(yīng)性強(qiáng)，熱穩(wěn)定性差，

塊煤加熱時破碎嚴(yán)重。存放空氣中易風(fēng)化變質(zhì)、破碎成效塊甚至粉末狀。發(fā)熱量

低，煤灰熔點(diǎn)也低，其灰中含有較多的CaO,而有較少的AI2O3。

三.煤的形成機(jī)理：

煤是植物遺體經(jīng)過復(fù)雜的生物，地球化學(xué)，物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變而成。從植物

死亡，堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊航?jīng)過了一系列的演化過程，這個過程稱為成煤作用。成煤

作用大致可分為兩個階段，第一階段是植物在泥炭沼澤中不斷繁衍，其遺體在微

生物參加下不斷分解，化合，聚集的過程，在這個過程中起主導(dǎo)作用的是生物地

球化學(xué)作用，在這個作用下低等生物形成腐泥，高等植物形成泥碳，這個過程一

般被稱為腐泥化階段或泥炭化階段。即泥炭，腐泥在溫度和壓力起主導(dǎo)作用下轉(zhuǎn)

變?yōu)槊旱倪^程，這個階段包括成巖作用和變質(zhì)作用，起主導(dǎo)作用的是物理化學(xué)作

用。泥炭先變成褐煤(成巖階段)，再由褐煤變成煙煤。成煤原始物質(zhì)是影響煤

質(zhì)的重要因素之一，原始物質(zhì)組成不同所形成的煤的性質(zhì)也不一樣，如成煤植物

主要是植物的根莖等木質(zhì)纖維物質(zhì)，則煤的氫含量就比較低，如果成煤物是由含

脂類化合物多的角質(zhì)膜，木栓層，樹脂，抱粉所形成的煤，則成煤中的氫含量較

高，根據(jù)成煤植物，成因，化學(xué)性質(zhì)和巖石組成的不同，將煤可劃分為以高等植

物為主形成的腐植煤和以低等植物為主形成的腐泥煤。在自然界腐泥煤很少見,

而工業(yè)開采的絕大多數(shù)是腐植煤，腐植煤的形成經(jīng)過了以下幾個階段，首先，高

等植物死亡后經(jīng)過泥炭化作用變成泥炭，初級泥炭形成后，經(jīng)過長期的煤化作用，

根據(jù)煤化作用過程中溫度壓力的不同，泥炭可變成褐煤，煙煤，無煙煤再到超級

無煙煤。

四.煤的工業(yè)分析：

煤的工業(yè)分析也叫技術(shù)分析或?qū)嵱梅治觯褐兴?，灰分，揮發(fā)份的測

定及固定碳的計(jì)算。煤的工業(yè)分析是了解煤質(zhì)特征的基礎(chǔ)指標(biāo)也是評價煤質(zhì)的基

本依據(jù)，根據(jù)工業(yè)分析的各項(xiàng)測定結(jié)果可以初步判斷煤的性質(zhì)，種類及其工業(yè)利

用途徑。

1.煤的水分

煤里面都含有水分，水分的含量和存在狀態(tài)與外界條件和煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。

根據(jù)水在煤里面的存在狀態(tài)，將煤中水分分別稱為外在水分、內(nèi)在水分以及同煤

中礦物質(zhì)結(jié)合的結(jié)晶水、化合水。外在水分是附著在煤的表面和被煤的表面大毛

細(xì)管吸附的水。當(dāng)煤放在空氣中存放時，煤中的外在水分很容易蒸發(fā)，蒸發(fā)到煤

表面的水蒸氣壓和空氣的相對濕度平衡時為止。失去外在水分的煤叫空氣干燥煤,

當(dāng)這種煤制成粒度為分析用的試樣時，就叫分析煤樣。用空氣干燥狀態(tài)煤樣化驗(yàn)

所得的結(jié)果，就是空氣干燥基(原稱分析基)的化驗(yàn)結(jié)果。

內(nèi)在水分是指吸附和凝聚在煤顆粒內(nèi)部的毛細(xì)管中的水，在常溫下這部分水

不能失去，只有加熱到一定溫度時，才能失去。當(dāng)煤顆粒中的毛細(xì)管吸附的水分

達(dá)到飽和狀態(tài)時，內(nèi)在水分達(dá)到最高值，這種水分稱為最高內(nèi)在水分。由于煤的

孔隙度同煤化程度間有一定規(guī)律關(guān)系，所以最高內(nèi)在水分能在一定程度上表示煤

化程度，能較好地區(qū)分變質(zhì)程度較淺的煤。

結(jié)晶水和化合水是指煤中礦物質(zhì)里以分子形式和離子形式參加礦物晶格構(gòu)

造的水分，如石膏(CaSO4?2H20).高嶺土ALSiQ。(10H)$分子結(jié)構(gòu)中的水

分結(jié)晶水和化合水通常要在200℃以上才能分解析出。在煤的工業(yè)分析中，一般

不作測定。

在煤的工業(yè)分析中測定的水分可分為收到基煤樣水分及分析煤樣水分兩種。

收到基煤樣水分是指即將應(yīng)用的煤的全水分，它包括內(nèi)在水分和外在水分。煤中

的水分對工業(yè)利用是不利的，它對運(yùn)輸儲存和使用都有一定影響，同一種煤，其

發(fā)熱量將隨水分的升高而降低，煤在燃燒時，需要消耗很多熱量來蒸發(fā)煤中的水

分，從而增加了煤耗，水分高的煤，不僅增加了運(yùn)輸成本，同時給儲存帶來一定

困難。

2：灰份

灰份是煤樣在815±10℃燃燒至恒重時殘留物的重量分率。

灰份的計(jì)量方法：稱取一定量煤樣，放入箱形電爐內(nèi)，然后于815℃灼燒至

恒重，殘留物重量占煤原重量的百分?jǐn)?shù)作為灰份。

煤中的灰份高，相對降低了含碳量。灰份在氣化爐中是無用而有害的物質(zhì)。

無用是不參加化學(xué)反應(yīng)，不能生成合成氣的有效成分。有害是灰份熔融要消耗熱

量，增加比氧耗和比煤耗。熔渣會沖刷、侵蝕向火面磚，縮短耐火磚的使用壽命。

并且灰份高會增大粗合成氣的水氣比，并增大灰水系統(tǒng)的負(fù)荷。

灰份的主要組成是:Si02,AI2O3、Fe2O3,CaO、MgO、TiO?等。這些組分的熔

化溫度決定了灰份的熔點(diǎn)。如果灰份中SiOz+AlQ所占的比例越大，灰份的熔

點(diǎn)越高。因?yàn)檫@兩種成分的特點(diǎn)是熔點(diǎn)極高。如果灰份中其它成分如Fe203^CaO、

MgO的含量越多時，則灰熔點(diǎn)越低。通常用下式判斷灰份熔融的難易程度：(SiO?

+AL0:s)/(Fe20:i+Ca0+Mg0)o當(dāng)比值大于1小于5時易熔，比值大于5時難熔。

由于水煤漿加壓氣化是液態(tài)排渣，因此，灰熔點(diǎn)對選擇最佳的氣化溫度是很

重要的，灰熔點(diǎn)和灰的粘溫特性決定了氣化的操作溫度。灰熔點(diǎn)對一般分為四個

溫度(以灰錐加熱法測量)：初始變形溫度(IT)——灰錐的尖端開始變圓或彎

曲時的溫度、軟化溫度(ST)一一錐體彎曲至錐尖觸及托板、半球溫度(HT)-

灰錐變成球形和高度等于(或小于)底長的半球形、流動溫度(FT)一—灰錐熔

化成流體或展開成高度在1.5mm以下的薄層。德士古熔渣氣化工藝，一般在高于

灰熔點(diǎn)的流動溫度(FT)30?50℃下操作，使灰呈熔融態(tài)沿氣化耐火磚流下。

3.揮發(fā)份

揮發(fā)份是煤樣在一定溫度下隔絕熱空氣加熱一段時間后的失重率扣去水份

的數(shù)值。揮發(fā)份計(jì)量方法：將煤樣在一定溫度(900±10℃)下隔絕空氣加熱7

分鐘，以失去重量占煤樣重量的百分?jǐn)?shù)和該煤樣內(nèi)水含量，計(jì)算揮發(fā)份。

煤的揮發(fā)份與煤的變質(zhì)程度有關(guān)，變質(zhì)程度較淺的煤中揮發(fā)份含量較高。揮

發(fā)份含量的高低對煤的反應(yīng)活性有影響，揮發(fā)份越高，煤的反應(yīng)活性越好。由于

氣化爐在1400C下的高溫操作，揮發(fā)份會立即發(fā)生燃燒和裂解。在合成氣中，

不會存在由揮發(fā)份形成的有機(jī)煌類。

4：固定碳(FCad)

固定碳是煤中除去水份、灰份、揮發(fā)份等之后剩余的可燃物質(zhì)，它是煤中的

有效物質(zhì)，固定碳含量越高，利用價值越大。

5：煤的機(jī)械強(qiáng)度：

煤的機(jī)械強(qiáng)度，即指煤的抗碎能力，它決定于煤的巖相組成，礦物質(zhì)含量，

分布及變質(zhì)程度。煤的抗碎能力通常用煤的可磨指數(shù)表示，煤的可磨指數(shù)愈大則

愈容易粉碎，反之，則較難粉碎。

6：熱穩(wěn)定性：

煤的熱穩(wěn)定性是指煤經(jīng)受高溫和溫度急劇變化所產(chǎn)生的粉碎程度，煤的熱穩(wěn)

定性與煤的變質(zhì)程度，成煤過程中的周圍地質(zhì)條件以及煤中礦物質(zhì)組分有關(guān)，一

般煙煤的熱穩(wěn)定性較好，褐煤和無煙煤的熱穩(wěn)定性較差。

6：發(fā)熱量：

發(fā)熱值是指單位重量的煤完全燃燒時所能發(fā)出的熱量。

煤的發(fā)熱量是煤按熱值計(jì)價的基礎(chǔ)指標(biāo)。煤作為動力燃料，主要是利用煤的

發(fā)熱量，發(fā)熱量越高，其經(jīng)濟(jì)價值越大。同時發(fā)熱量也是計(jì)算熱平衡、熱效率和

煤耗的依據(jù)，以及鍋爐設(shè)計(jì)的參數(shù)。

煤的發(fā)熱量表征了煤的變質(zhì)程度。成煤時代最晚煤化程度最低的泥碳發(fā)熱量

很低,一般為20.9?25.1MJ/Kg,成煤早于泥炭的褐煤發(fā)熱量增高到25?31MJ/Kg,

煙煤發(fā)熱量繼續(xù)增高，到褐煤和瘦煤時，碳含量增加了，但由于揮發(fā)份的減少，

特別是其中氫含量比煙煤低的很多，有的低于1%,相當(dāng)于煙煤的6%,所以發(fā)熱

量最高的煤還是煙煤中的某些煤種。

五.煤的元素組成和元素分析：

煤的組成以有機(jī)質(zhì)為主體，煤的工藝用途主要是由煤中有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)決定的，

因此了解煤中有機(jī)質(zhì)的組成很重要。根據(jù)現(xiàn)有的分析方法，還不能夠直接測定煤

中有機(jī)質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元的組成和性質(zhì)，而是通過元素分析、有機(jī)化合物分離以

及官能團(tuán)測定等方法研究煤中的有機(jī)質(zhì)。生產(chǎn)中主要是利用元素分析、有機(jī)化合

物分離以及官能團(tuán)測定等方法研究煤中的有機(jī)質(zhì)。生產(chǎn)中主要是利用元素分析配

合其他工藝性質(zhì)試驗(yàn)來了解煤中有機(jī)質(zhì)的組成和性質(zhì)。煤中有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、

氧、氮、硫等5種元素組成。其中又以碳、氫、氧為主------其總和占有機(jī)質(zhì)95%

（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以上。有機(jī)質(zhì)的元素組成與煤的成因類型、煤巖組成及煤化程度

等因素有關(guān)，所以它是煤質(zhì)研究的重要內(nèi)容。

煤的元素組成，是指組成煤的有機(jī)質(zhì)的一些主要元素，即碳，氫，氧，氮,

硫等5個元素。其它元素如磷，氯，硅等含量極微的其它元素，一般不列入元素

組成之內(nèi)。

煤的元素分析，就是確定煤中有機(jī)物的碳，氫，氧，氮，硫等含量的百分比，

作為煤的有機(jī)質(zhì)特性。

元素組成可以用來計(jì)算煤的發(fā)熱量，估算和預(yù)測煤的煉焦化學(xué)產(chǎn)品，低溫干

儲產(chǎn)物和褐煤蠟的產(chǎn)率，為煤的加工工藝設(shè)計(jì)提供必要的數(shù)據(jù)，煤的元素組成數(shù)

據(jù)也可以作為煤炭科學(xué)的分類指標(biāo)之一。

1:碳

碳是煤中最重要的組成部分，是組成煤的大分子骨架，是煤在燃燒過程中產(chǎn)

生熱量的重要元素之一，煤的碳含量隨煤化程度的加深而增高，泥炭的碳含量為

50%~60%,褐煤為60%~77%,煙煤為7蝴?92%,而無煙煤為90%?98虬（質(zhì)量

分?jǐn)?shù)）。

2：氫；

氫是煤中的第二個重要組成元素，也是煤中的可燃部分，其燃燒時可放出大

量熱量。煤中氫的含量雖然并不高，但它的發(fā)熱量高。氫含量和成煤原始物質(zhì)密

切相關(guān)，腐泥煤的氫含量普遍比腐植煤高，，一般都在6%以上，有時達(dá)11隊(duì)在

腐植煤中，穩(wěn)定組分的氫含量最高。隨著煤化程度逐漸加深，氫含量有逐漸減少

的趨勢。

3：氧

氧也是組成煤有機(jī)質(zhì)的一個十分重要元素，煤中氧含量變化很大，并隨煤化

程度加深而降低，變質(zhì)程度越低的煤，氧元素所占的比例也就越大，當(dāng)煤受到氧

化時，氧含量迅速升高，而碳?xì)浜棵黠@降低，氧元素在煤的燃燒過程中不產(chǎn)生

熱量，但能與產(chǎn)生熱量的氫生成水，使燃燒熱量降低，是動力用煤的不利因素，

但在水煤漿氣化過程中，部分氧原子能夠參與氣化反應(yīng)，從而降低了氧煤比。

4：氮

煤的有機(jī)質(zhì)中氮的含量比較少，它主要來自成煤植物中的蛋白質(zhì)。煤中氮含

量多在0.8%~1.8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的范圍內(nèi)變換，通常煤中氮含量隨煤化程度的

增高而稍有降低，在水煤漿氣化過程中，煤中的氮會變成N2,NA,HCN及其他一些

含氮化合物而逸出，其余部分則留在灰分中，隨渣而排除。

5：硫

硫是煤中最有害的雜質(zhì)。作動力燃燒時，煤中硫燃燒生成二氧化硫，它不僅

腐蝕金屬設(shè)備，而且污染環(huán)境，造成“公害”。作為合成氨原料氣時，由含硫煤

產(chǎn)生的HR不僅腐蝕金屬設(shè)備，且使催化劑中毒，影響操作及產(chǎn)品質(zhì)量。作為生

產(chǎn)冶金焦用原料時，煤中的硫大部分轉(zhuǎn)入焦炭，直接影響鋼鐵質(zhì)量。因此，各項(xiàng)

工業(yè)用煤對硫含量都有嚴(yán)格的要求。

煤中硫分賦存狀態(tài)可分為有機(jī)硫和無機(jī)硫兩大類，有時也有微量的元素硫。

煤中各種硫分的總和稱為全硫含量，以“St”表示。

①煤中的無機(jī)硫又分為硫化物硫及硫酸鹽硫兩種。

硫化物硫（Sp）絕大部分是以黃鐵礦硫形式存在，有時也有少量的白鐵礦等硫

化物。硫化物硫清除的難易程度與礦物顆粒大小及其分布狀態(tài)有關(guān)。顆粒大的可

利用黃鐵礦與有機(jī)質(zhì)相對密度的不同，予以清除，而顆粒極細(xì)又均勻分布的，難

以清除。當(dāng)煤中全硫含量大于1%時，在多數(shù)情況下，是以硫化物硫?yàn)橹鳎话?/p>

洗選后全硫含量會有不同程度降低。

硫酸鹽硫（Ss）的主要存在形式是石膏，也有綠磯等極少數(shù)的硫酸鹽礦物。

我國煤中硫酸鹽硫含量較小，大部分小于0.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），部分煤為0.1%?

0.3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），一般硫酸鹽硫含量高的煤，可能曾受過氧化。

②煤質(zhì)有機(jī)質(zhì)中所含的硫稱為有機(jī)硫，以“So”表示。

有機(jī)硫主要來自成煤植物中的蛋白質(zhì)和微生物的蛋白質(zhì)。有機(jī)硫組成很復(fù)雜,

主要由硫酸和硫化物，二硫化物，硫醇和硫酮、噬吩類雜環(huán)硫化物及硫醍化合物

等組分和官能團(tuán)所構(gòu)成。有機(jī)硫與有機(jī)質(zhì)緊密結(jié)合，分布均勻，很難清除。一般

在低硫煤中，往往以有機(jī)硫?yàn)橹鳎?jīng)過洗選后，精煤的全硫含量反而增高。煤中

的有機(jī)硫一般不作測定，都以差減法進(jìn)行計(jì)算，即：

So，ad=St,ad—Ss,ad—Sp，ad

式中So,ad-----有機(jī)硫，分析基；

St,ad-----全硫，分析基；

Ss,ad-----硫酸鹽硫，分析基；

Sp，ad-----硫化物硫，分析基。

在評價煤質(zhì)時，必須測定全硫含量，并以干燥基表示。由于不同形態(tài)的硫?qū)γ嘿|(zhì)

的影響不同，在選煤時的脫硫效果也不同，因此全硫含量在1.5%?2.0%以上的

煤，還應(yīng)測定各種形態(tài)的硫，作為評價除硫難易程度和考慮除硫方法之依據(jù)。

六.煤中礦物質(zhì)特性

前面談到煤中礦物質(zhì)的含量變化范圍很大，其組成極為復(fù)雜。雖然可用煤

巖學(xué)方法可以鑒定礦物的種類和測定其含量，也可用化學(xué)分析方法測定礦物質(zhì)的

精確含量，但是，由于測定方法比較繁瑣，因此在實(shí)際應(yīng)用中常常利用對灰分產(chǎn)

率、灰成分和對煤灰工藝性質(zhì)的研究，來間接了解煤中礦物質(zhì)對煤的工業(yè)利用的

影響。

1.煤灰成分分析

煤灰是煤中礦物質(zhì)經(jīng)過燃燒后剩余的殘?jiān)?，煤中礦物質(zhì)成分極其復(fù)雜，故煤

經(jīng)完全燃燒后，煤灰成分也變得復(fù)雜。

(1)煤灰主要成分和分析方法

煤灰是來自煤中礦物質(zhì)。煤中的無機(jī)礦物質(zhì)，經(jīng)高溫灼熱均變?yōu)榻饘俸头墙?/p>

屬的氧化物及鹽類，所以，煤灰的主要成分是SiO?、AI2O3、CaO、MgO,占煤

灰成分的95%以上。此外,還有少量K20、N&0,S0:!.P205及微量的Ge、Ga、

U、V等化合物。煤灰成分分析方法有常量分析法；半微量分析方法；原子吸收

分光光度法。

(2)煤灰成分分析的應(yīng)用

根據(jù)煤灰成分，大致可以推測原煤的礦物組成，煤灰成分中三氧化二鐵含量

高，說明該煤是含氧黃鐵礦礦物較高的煤。煤灰成分中氧化鈣含量高，則煤中的

礦物就以碳酸鹽類為主。根據(jù)煤灰成分可以初步判斷煤灰熔點(diǎn)的高低。如煤灰成

分中A1G高，其灰熔點(diǎn)高，而CaO、MgO、及FezQ,含量高，則灰熔點(diǎn)低。

根據(jù)煤灰成分可大致判斷煤在燃燒時，對鍋爐燃燒室的腐蝕情況，如煤灰

成分中鉀、鈉和鈣的氧化物等堿性成分含量大，則對爐體腐蝕程度也大。煤灰成

分分析可給煤灰和肝石利用提供基礎(chǔ)技術(shù)資料。借助精煤灰分的成分，可以預(yù)測

焦炭灰分在高爐煉鐵過程中的影響。如煤灰中二氧化硅含量高時，在煉鐵過程中

就需增加石灰石等溶劑的用量；反之，如煤灰中氧化鈣的含量較高，就可減少溶

劑的用量。

2.煤灰的熔融性

煤灰熔融性是煤灰在高溫下達(dá)到熔融狀態(tài)的溫度，習(xí)慣上稱作灰熔點(diǎn)，因

為煤灰是一種多組合的混合物，它沒有一個固定的熔點(diǎn)，而只有一個熔融的溫度

范圍。當(dāng)在規(guī)定條件下加熱煤灰試樣時，隨著溫度的升高，煤灰試樣會從局部熔

融到全部熔融并伴隨產(chǎn)生一定的特征物理狀態(tài)-----變形、軟化、半球和流動。

通常以這4個特征物理狀態(tài)相對應(yīng)的溫度來表征煤灰熔融性。

（1）煤灰熔融性的測定

測定煤灰熔融性的方法根據(jù)其測定結(jié)果表示方法的不同，可分為熔點(diǎn)法和熔

融曲線法，根據(jù)所用試料（煤灰成型）形狀的不同，又可分為角錐法

和柱狀法。測定時均需采用專門的儀器設(shè)備。

目前國內(nèi)外大多采用角錐法，我國現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T219-1996）也

是采用該方法。該方法主要是將煤灰制成一定尺寸的三角錐，在一定的氣體介質(zhì)

中，以一定的升溫速度加溫，觀察灰在受熱過程中的形狀的形態(tài)變化，觀測并記

錄它的4個特征熔融溫度（如下圖）：變形溫度DT（T1）-----灰錐尖端或棱

開始變圓和彎曲時的溫度；軟化溫度ST（T2）-----灰錐彎曲至觸及錐尖托板

和灰錐變呈球形時的溫度；半球溫度HT灰錐形變至近似半球形，即高約

等于底長的一半時的溫度；流動溫度FT（T3）-----灰錐融化展開成高度在L5

mm以下的薄層的溫度。在鍋爐設(shè)計(jì)中，大多采用軟化溫度作為灰分熔點(diǎn)。

按MT/T853—2000,煤灰熔融性軟化溫度（ST,℃）,可分為5級

1低軟化溫度灰LST<1100

2較低軟化溫度灰RLST>1100?-1250

3中等軟化溫度灰MST>1250-1350

4較高軟化溫度灰RHST>1350--1500

5高軟化溫度灰HST>1500

煤灰熔融性流動溫度（FT,℃）也分為5級：

1低流動溫度灰LFT〈1150

2較低流動溫度灰RLFT>1150-1300

3中等流動溫度灰MFT>1300?1400

4較高流動溫度灰RHFT>1400-1500

5高流動溫度灰HFT>1500

（2）影響煤灰熔融性的主要因素煤灰的熔融性主要取決于煤灰化學(xué)組成。煤

灰中AI2O3含量高，其灰熔點(diǎn)就高。如煤灰成分中AkOs大于40%,其灰熔點(diǎn)ST—

般都超過1500°C；而三氧化二鐵含量高的煤灰，其灰熔點(diǎn)一般均較低。氧化鈣、

氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉等堿性氧化物含量越高，則灰熔點(diǎn)愈低。但當(dāng)氧化鈣含

量大于30%時，則氧化鈣含量增高反而提高煤灰熔融點(diǎn)。二氧化硅含量與煤灰熔

點(diǎn)關(guān)系一般不明顯。其次試驗(yàn)氣氛的氧化性還原性也是一個極為重要的影響因素。

灰中Fe"/Fe?+比率是氣氛的氧化還原勢的一個函數(shù)，因此測定時的氣氛對含鐵

較高的煤灰熔融性有較大的影響，一般測定灰熔點(diǎn)時采用不同的氣氛條件。在我

國采用弱還原氣氛，在國外有的采用氧化性氣氛，也有采用還原性氣氛或兩者，

這主要取決于是應(yīng)用于燃燒還是不完全燃燒的（如氣化）工藝。

3.結(jié)渣性

煤的結(jié)渣性是指煤在氣化和燃燒過程中的灰渣是否會結(jié)成塊以及結(jié)塊的程

度。煤灰的結(jié)渣性以煤灰的結(jié)渣率來量度。在一定鼓風(fēng)強(qiáng)度下使煤燃盡，其灰渣

中粒度大于6mm的量占總灰量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，即為該煤在規(guī)定鼓風(fēng)條件下的結(jié)渣

率。

煤灰結(jié)渣性是評價煤熱加工利用過程的重要指標(biāo)。在煤的燃燒和氣化過程中,

如果使用容易結(jié)渣的煤，則由于結(jié)渣而影響氣化過程的正常運(yùn)行或者造成鍋爐清

爐的困難。一般的規(guī)律是，在煤灰組分相近的情況下，高灰煤比低灰煤易結(jié)渣。

此外，結(jié)渣性和煤灰熔融性、煤灰黏度有很大關(guān)系。通常在選擇氣化和燃燒用煤

時，究竟需用何種結(jié)渣性的煤，取決于鍋爐的排渣方式。

4.煤灰的黏度

（1）煤灰黏度的定義灰黏度是指煤灰在熔融狀態(tài)下的內(nèi)摩擦系數(shù)，表征煤灰

在高溫熔融狀態(tài)下流動時的物理特性。

（2）影響煤灰黏度的因素

煤灰的黏度大小主要取決于煤灰的組成及各成分間的相互作用。不同的煤灰

其流動性不同。此外，煤灰的黏度大小和溫度的高低有著極其密切。

煤灰的黏度對于液態(tài)排渣的工業(yè)鍋爐和氣化爐來說是很重要的參數(shù)。根據(jù)煤

灰黏度的大小以及煤灰的化學(xué)組成，就可以選擇合適的煤源；或者采用添加助溶

劑，甚至采用配煤的方法來改善煤灰的流動性，使其符合液態(tài)排渣爐的使用要求。

對于液態(tài)排渣的工業(yè)鍋爐和氣化爐，正常的排渣黏度一般為50~100Pa-s,最

高不超過250Pa,so

煤灰的熔融性在一定程度上可以用以粗略地判斷煤灰的流動性。對于大多數(shù)

煤灰來說，熔融性溫度高的煤灰，其流動性也差。但是對有些煤灰樣品來說可能

得出錯誤的結(jié)論，因?yàn)槿廴谛詼囟认嘟拿夯也灰欢ň哂邢嗤牧鲃有浴?/p>

在煤灰化學(xué)組分中，Si02和AW能增大灰的黏度；Fez（）3、CaO、MgO等能

降低煤灰黏度。但是若煤灰中Fez。，含量較高而Si。?較少，在一定范圍內(nèi)Si（h含

量增加反而能降低黏度。Na?0、K20都只會降低黏度。利用煤灰渣的化學(xué)組分可

以預(yù)測其流動性，目前差不多都用當(dāng)量SiOz和堿酸比來預(yù)測。

在當(dāng)量Si。2為40%?90%范圍內(nèi)，一定黏度下的溫度，會隨當(dāng)量增高而升高。

如由研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)量小于75%的灰渣，在1600℃溫度下有較好的流動性（黏

度小于250Pa?s）；對當(dāng)量大于75%的灰渣，要得到類似的流動性，則溫度必

須升到1600C以上。

當(dāng)煤灰的堿酸比由小變大時，指定黏度下的溫度就會降低。通常在高黏度灰

渣中加入助溶劑和低黏度灰渣，可以改變其流動性滿足工業(yè)使用的要求。

第二節(jié)水煤漿氣化對煤漿的要求

水煤漿氣化是以水煤漿、氧氣為原料，在加壓無催化劑條件下進(jìn)行的煤氣化

反應(yīng)，生產(chǎn)出合成氨原料氣（合成氣）。其中水煤漿制備質(zhì)量直接關(guān)系到裝置運(yùn)

行的穩(wěn)定性和能耗的高低。因此，水煤漿的氣化用水煤漿應(yīng)滿足以下幾個要求：

1.較高的水煤漿濃度

水煤漿濃度是指水煤漿物系中的含固量，即煤漿中的煤與煤、添加劑中的水

分及外給水之比，以重量百分?jǐn)?shù)表示。它對煤漿的泵送、氣化爐的霧化效果、氣

化效率、煤氣質(zhì)量及原輔材料消耗都有很大的影響。較低的水煤漿濃度，將會使

進(jìn)入氣化爐的水份增加，為了維持爐溫，勢必增加氧氣的消耗；過高的煤漿濃度

將會增大煤漿的表觀粘度，煤漿的流動性變差，影響煤漿的泵送能力和霧化效果，

使裝置不能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。從工業(yè)試驗(yàn)來看，一般工業(yè)化水煤漿濃度在60%~65%

之間。

2.較好的流動性

水煤漿的流動性可以用煤漿的表觀粘度來表示。一般判斷煤漿的流動性采

用目測法：即用平勺舀出煤漿，目測煤漿的流狀態(tài)來判定煤漿的流動性。煤漿的

流動性可分為A、B、C、D四個等級。A級指煤漿從平勺中能連續(xù)流下，B級指

煤漿能，從平勺中斷續(xù)流下。這兩個等級的煤漿均可用于工業(yè)生產(chǎn)。在其他條件

相同時，表觀粘度越大，其流動性越差，不易泵送，噴嘴的霧化效果變差，容易

結(jié)塊，堵塞工藝管線、閥門。在一定的煤漿濃度下，我們希望得到具有較好流動

性的水煤漿，一般采用添加表面活性劑的方法來改善水煤漿的流動性。

3.較好的穩(wěn)定性

水煤漿的穩(wěn)定性是指分散相（煤粒）在水中的懸浮能力，沒有具體的參數(shù)

來表示其穩(wěn)定性。穩(wěn)定性好是指煤漿不易發(fā)生沉降。一般采用靜置法，將煤漿倒

入燒杯中，靜置之24小時、48小時觀察其析水量及沉積層的軟硬程度來判斷煤

漿穩(wěn)定性的好壞。水煤漿是一種粗分散的懸浮體系，該體系是一個不均勻的、動

力不穩(wěn)定的物系，存在著因分散相（煤粒）的重力作用而引起沉降的問題，特別

是在靜置和低流速情況下，其穩(wěn)定性較差，會在煤漿槽頂部和底部出現(xiàn)濃度差，

對裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。水煤漿的穩(wěn)定性與煤粉的粒度分布和煤種的親水

性有關(guān)。煤粉力度越小，表面親水性越強(qiáng)，其穩(wěn)定性就越好。但粘度會增大，流

動性變差。為了得到較好的穩(wěn)定性，應(yīng)保證合理的粒度分布和添加添加劑。

第三節(jié)水煤漿的性質(zhì)

一.水煤漿加壓氣化的影響因素

（1）煤質(zhì)的影響

煤的性質(zhì)對氣化過程有很大的影響，如;煤的熱穩(wěn)定性和粘結(jié)性，但影響較

大的還是煤的變質(zhì)程度和煤灰的粘溫特性。煤的變質(zhì)程度影響著煤的反應(yīng)活性，

變質(zhì)程度低的煤反應(yīng)活性較高，變質(zhì)程度高的煤反應(yīng)活性較低，在水煤漿氣化反

應(yīng)中，煤與氣體的接觸時間很短，所以要求煤具有較高的反應(yīng)活性，如果煤的反

應(yīng)活性較低，要達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率，就必須增大反應(yīng)面積，減少煤粒的直徑，即

粒度愈小，反應(yīng)速度愈快。但煤粒度過小會影響水煤漿濃度，這一點(diǎn)在工業(yè)生產(chǎn)

中必須加以考慮。

煤灰的粘溫特性是指熔融態(tài)的煤灰，在不同溫度下的流動特性，一般用熔

融態(tài)煤灰的粘度表示，在水煤漿加壓氣化過程中，為了保證煤灰以液態(tài)形式排出，

煤灰熔化溫度（或可熔性）采用標(biāo)準(zhǔn)方法測試。

對于大多數(shù)煤種，氣化爐操作溫度應(yīng)高于煤灰流動溫度，確保煤灰熔化或

成為熔渣。對于高灰熔的煤，可以使用煤灰助熔劑。如石灰石（CaCOs），以降

低灰熔溫度。對于需要加助熔劑的情況，應(yīng)考慮所加助熔劑對熔渣流動性、耐火

材料的壽命、以及總體效率和經(jīng)濟(jì)效益的影響，從而找出最優(yōu)化的助熔劑添加量。

煤灰的粘溫特性是確定氣化爐操作溫度的主要依據(jù)，生產(chǎn)實(shí)踐證明，為使煤灰從

氣化爐中順利排出，熔融態(tài)煤灰黏度應(yīng)小于250cp.

（2）水煤漿濃度的影響

水煤漿的濃度及成漿性能，對氣化效率、煤氣質(zhì)量、原料消耗、煤漿的輸送及霧

化等都有很大的影響。如果水煤漿濃度太低，則進(jìn)入氣化爐的水分增加，水份在

蒸發(fā)時要消耗大量的熱量，為了維持爐溫，勢必要增加氧量，比氧耗增加，有效

氣體成份CO+H2的含量和氣化效率都會降低。

（3）氧煤比

氧煤比是指氧氣和水煤漿的體積比。它是氣化爐操作的重要參數(shù)。氧煤比增

加，將有較多的煤發(fā)生燃燒反應(yīng)，放熱量增大，氣化爐溫度升高，為吸熱的氣化

反應(yīng)提供更多的熱量，對氣化反應(yīng)有利。因此，碳的轉(zhuǎn)化率、冷煤氣效率及產(chǎn)氣

量上升，CO2和比氧耗、比煤耗下降。隨著氧煤比的進(jìn)一步增加，碳的轉(zhuǎn)化率

增加不大，同時由于過量的氧氣進(jìn)入氣化爐，導(dǎo)致了CO2的增加，使冷煤氣效

率、產(chǎn)氣率下降，比氧耗、比煤耗上升。因此，氧煤比應(yīng)有一個最合適值，一般

認(rèn)為氧/碳原子比在1.0左右比較合適，我廠氧煤比的正常值約為466Nm3Ch/m3

漿。

（4）反應(yīng)溫度的影響

反應(yīng)溫度即氣化爐的爐溫。碳的燃燒反應(yīng)所釋放出的反應(yīng)熱，供給甲烷、碳

與水蒸汽和CO2的氣化反應(yīng)所需要的熱量。反應(yīng)溫度是由氧/煤比決定的，因此，

它對氣化反應(yīng)的影響和氧煤比相同。另外，反應(yīng)溫度升高，灰的粘度下降，流動

速度加快，將會增加熔渣對耐火病的沖刷和溶蝕，縮短耐火磚的使用壽命，甚至

燒壞耐火襯里。因此，在保證液態(tài)排渣的前提下，盡量維持較低的氣化爐操作溫

度。爐溫的控制應(yīng)使熔融灰具有較適中的粘度，使熔渣流速不致過快而增加對耐

火石專的沖刷，同時又使系統(tǒng)能順利排渣。

(5)助熔劑的影響

德士古氣化是在灰熔點(diǎn)以上操作，灰熔點(diǎn)高，則操作溫度就會相應(yīng)提高，氧

氣消耗量就會增大，同時對耐火材料的要求就更加嚴(yán)格。為了降低灰熔點(diǎn)，可以

采用添加助熔劑的辦法，助熔劑有CaO、Ca(OH)2、鐵渣等，這些助熔劑都可以

使(SiCh+AbCh)/(CaO+MgO+Fe2O3)的比值下降，達(dá)到降低灰熔點(diǎn)的目的。

一般采用CaO作為助熔劑，但如果石灰石的添加量過多，灰渣中的正硅酸鈣生

成量將增加(灰熔點(diǎn)2130C),從而使灰熔點(diǎn)升高。助熔劑的添加量應(yīng)根據(jù)不同

煤種進(jìn)行確定。

(6)反應(yīng)壓力的影響

氣化反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，提高壓力對化學(xué)平衡不利。但生產(chǎn)中普遍采用

加壓操作，主要原因：a.加壓氣化增加了反應(yīng)物濃度，加快了反應(yīng)速度，提高

了氣化效率。b.加壓氣化有利于提高水煤漿的霧化質(zhì)量。c.設(shè)備體積減小，單

爐產(chǎn)氣量增大，便于實(shí)現(xiàn)大型化。d.加壓氣化可以降低壓縮功耗。

二.參數(shù)對氣化反應(yīng)性能的影響

氣化反應(yīng)性能主要受氧碳比的影響，氧碳比確定了碳轉(zhuǎn)化率及其它工藝參數(shù),

諸如氣化爐溫度及工藝氣組成等。

1.氧碳比對碳轉(zhuǎn)化率的影響

氧/碳比對碳轉(zhuǎn)化率的影響見下圖。碳轉(zhuǎn)化率隨著氧/碳比的增加而增加，以

漸進(jìn)線方式接近100%。

碳轉(zhuǎn)化率與氧/碳比關(guān)聯(lián)圖

碳

轉(zhuǎn)

化

率

氧/碳比

2.氧碳比對氣化爐溫度的影響

對于給定的煤漿濃度，氧/碳比對氣化爐溫度的影響見圖。氣化爐溫度隨著氧

/碳比的增加而增加。

氣化爐溫度與氧/碳比關(guān)聯(lián)圖

15001.

/

?

/Z

氣

化1W

爐

溫-1

度

氧/碳比

3.氧碳比對工藝氣中的二氧化碳、甲烷含量的影響

工藝氣組成受氧碳比影響很大。氧碳比對工藝氣中二氧化碳、甲烷含量的影

響。對于給定煤漿濃度，工藝氣中二氧化碳含量隨著氧碳比的增加而增加，而工

藝氣中甲烷含量隨著氧碳比的增加而減少。

工藝氣中C02百分含量與氧/碳比關(guān)聯(lián)圖

20

二

氧

化

碳

含187TT

量

氧/碳比

4.煤的顆粒分布對對碳轉(zhuǎn)化率的影響

影響氣化爐反應(yīng)性能的另一個參數(shù)是煤的粒度分布?；谟嘘P(guān)試驗(yàn)結(jié)果顯示,

煤漿中較大的顆粒進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)時不如煤漿中較小的顆粒進(jìn)行得穩(wěn)定，因此限制

煤漿中較大尺寸粒子的含量甚為重要。

5.煤漿濃度對氣化爐溫度的影響

氣化爐溫度還受到煤漿濃度的影響。對于給定的氧/碳比，氣化爐溫度隨著

煤漿濃度的增加而增加。這是因?yàn)檫M(jìn)料中用作溫度緩和劑的水量減少了的緣故，

煤漿濃度對氣化爐溫度的影響如圖。

氣化爐溫度與煤漿濃度關(guān)聯(lián)圖

1500

氣

化1W

爐

溫

度

煤漿濃度（固體重量%）

6.煤漿濃度對工藝氣二氧化碳含量的影響

工藝氣中CO2含量也受到煤漿濃度的影響。對于穩(wěn)定的氣化爐操作溫度，

工藝氣中CO2含量隨著煤漿濃度的減少而增加。煤漿濃度對工藝氣中CO2含量

的影響見圖。

CO2含量與煤漿濃度關(guān)聯(lián)圖

7.氣化爐溫度對工藝氣中甲烷含量的影響

工藝氣中甲烷含量能夠表示氣化爐溫度。這種關(guān)系見下圖。如圖中所示，工

藝氣中甲烷含量的對數(shù)隨著氣化爐溫度的變化而呈線性變化。雖然這樣，這種特

定關(guān)系受好幾種參數(shù)的影響，因此具體裝置對于特定煤種必須建立這種特定關(guān)系。

甲烷含量與氣化爐溫度關(guān)聯(lián)圖

100|1250[137511500

氧/碳比

8.氣化爐壓力對工藝氣中甲烷含量的影響

工藝氣中甲烷含量隨著氣化爐壓力的變化而變化。這是由于甲烷生成反應(yīng)，

如一氧化碳和氫氣生成甲烷的反應(yīng)，是體積減小的反應(yīng)：

CO+3H2----CH4+H2O

提高壓力有利于甲烷生成，雖然這樣，由于德士古氣化工藝操作條件苛刻，

氣化爐壓力對工藝氣甲烷含量的影響，對于總體工藝氣組成而言，僅為可忽略的

因素。

9.氣化爐生產(chǎn)能力對工藝氣中甲烷含量的影響

工藝氣中的甲烷含量在氣化爐正常操作范圍內(nèi)只在一定程度上受氣化爐生產(chǎn)

能力的影響。根據(jù)氣化爐控制方式的不同，這種影響也有所不同。例如氣化爐溫

度不變，改變氣化爐生產(chǎn)能力，工藝氣中甲烷含量隨氣化爐生產(chǎn)能力的降低而減

少。這是由于氣化爐熱損并不隨氣化爐生產(chǎn)能力的改變而變化，因此應(yīng)略提高氧

碳比，以保持爐溫。

相反，保持氧碳比不變，改變氣化爐生產(chǎn)能力，氣化爐溫度將隨氣化爐生產(chǎn)能力

的降低而有所降低，導(dǎo)致工藝氣中甲烷含量增加。這種影響很小。

三.影響煤漿流動性的因素

1.煤質(zhì)對水煤漿流動性的影響

煤是由碳、氫、氧、硫、氮等多種化學(xué)元素形成的復(fù)雜有機(jī)化合物的混合體。

具有多極性集團(tuán)和發(fā)達(dá)的毛細(xì)孔，可以吸附水而使之變成內(nèi)在水，內(nèi)在水是影響

煤漿成性的關(guān)鍵因素，內(nèi)在水份越低，制成的水煤漿的流動性越好，因而能夠制

成較高濃度的水煤漿。一般來說，對于年輕的煤種，變質(zhì)程度越淺，極性集團(tuán)越

多，毛細(xì)管較發(fā)達(dá)，更易吸附水而成為內(nèi)在水，表現(xiàn)出較強(qiáng)的親水性，成漿后在

煤粒表面形成的水化膜較厚，粒子間團(tuán)聚力較大，黏度較大，穩(wěn)定性較好。隨著

變質(zhì)程度加深，煤的毛細(xì)孔情況變差，內(nèi)表面積減少，內(nèi)在水分減少，表現(xiàn)為憎

水性增強(qiáng)，成漿后流動性較好，但穩(wěn)定性較差。

2.煤粉粒度分布對流變特性的影響

粒度分布是成漿的關(guān)鍵因素。在煤漿制備中，如果粗顆粒較多，煤漿表觀粘

度下降，流動性變好。但粒子的重力作用將超過粒子間的凝聚作用力，引起懸浮

體系沉降，分層，穩(wěn)定性變差。如果細(xì)顆粒較多，粒子間的相互作用增大，形成

更多的粘滯性粒子凝聚團(tuán)，煤漿穩(wěn)定性提高。但是，煤漿表觀粘度會隨平均粒徑

的減小而迅速增大，流動性變差。不同程度的煤粉可以使大小顆?；ハ喑涮?，得

到較高的容積密度，備制出濃度較高的煤漿。對煤粉的燃燒來說，粒徑愈小，燃

燒效果越好。因此必須針對不同煤種兼顧煤漿的穩(wěn)定性、流動性、燃燒性及煤漿

濃度等要求選擇最適宜的粒度分布。

一般煤漿粒度分布的要求為：

篩網(wǎng)過篩率

8目100W%

14目98~100W%t%

40目90~95Wt%

200目40Wt%左右

325目25~30Wt%

200目不在考核指標(biāo)內(nèi)，一般僅作參考。

3.添加劑對流變特性的影響

純粹的煤粉和水的混合物是不能制備出合格的水煤漿的。必須添加表面活

性劑對煤粒表面進(jìn)行改性，改變煤粒表面的親水程主，提高水煤漿的流動性和穩(wěn)

定性，主要添加劑有木質(zhì)素磺酸鹽系列，蔡磺酸系列，腐植酸系列，丙烯酸系列

等幾大類。一般以木質(zhì)素磺酸鹽系列，丙烯酸系列較為常用。

添加劑的選擇應(yīng)首先確定煤種的親水程度，對于親水性較強(qiáng)的煤種，在煤

漿中加入一定量的具有相當(dāng)數(shù)量親水性基團(tuán)的添加劑分散于分散相煤粒中，就可

以減弱煤粒表面的憎水作用，在煤粒表面形成一層水化膜，從而減少煤粒之間的

凝聚作用，是煤粒團(tuán)凝聚體遭到破壞，從而導(dǎo)致煤漿的稀釋，表觀粘度下降，流

動性增強(qiáng)。對于親水性能較差的煤種，相應(yīng)加入含有親水基團(tuán)的添加劑，以提高

煤漿的穩(wěn)定性。煤粒越細(xì)，煤粒表面積越大，添加劑越能發(fā)揮作用，效果越更好。

添加劑的加入量有一個最佳值，對工業(yè)生產(chǎn)來說有一個最佳范圍，即：既

能保證煤漿的質(zhì)量，又能降低噸煤漿成本。加入量過少，添加劑未能完全同煤粒

發(fā)生作用，不能使煤粒充分分散。加入量過多時，添加劑分子會聚成膠束，使添

加劑的作用降低。

四.煤漿濃度的控制

1.影響煤漿濃度的因素：

a)原料煤內(nèi)在水份含量、外表水份含量。

b)原料煤與工藝水、煤漿添加劑的添加比例。

c)原料煤的成漿性能。

2.煤漿濃度的控制方法：

a)保持原料煤煤質(zhì)的穩(wěn)定，確保外水含量不超標(biāo)，當(dāng)原料煤中水份含量高

時應(yīng)適當(dāng)減少工藝水添加量，當(dāng)原料煤中水份含量低時可適當(dāng)增加工藝水加入量。

b)保持煤漿添加劑濃度的穩(wěn)定，控制其有效成份的穩(wěn)定，當(dāng)添加劑中水份

含量高時應(yīng)適當(dāng)減少工藝水添加量，當(dāng)添加劑中水份含量低時可適當(dāng)增加工藝水

加入量。

c)在原料煤水分含量、添加劑濃度穩(wěn)定時應(yīng)盡量保持原料煤與工藝水、添

加劑的添加比例的穩(wěn)定；當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷發(fā)生變化時，原料煤、工藝水及添加劑加入

量均應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整。

d)操作中及時根據(jù)煤漿濃度分析結(jié)果調(diào)整工藝水添加量：其用量可按下式

計(jì)算：

X=M(1-Y)/N-M-Z

式中：

X—工藝水的用量(m3/h)

Y—入磨機(jī)原料煤的全水含量(％)

Z—煤漿添加劑的用量(m3/h)

M—入磨機(jī)的原料煤量（t/h）

N—煤漿濃度（wt%）

3.煤漿粘度的控制

1）影響煤漿粘度的因素：

a）煤漿粒度分布：當(dāng)煤漿平均粒度偏細(xì)時煤漿粘度會增大，當(dāng)煤漿粒度分

布偏粗時，煤漿粘度會降低。

b）煤漿濃度：煤漿濃度增高時，煤漿粘度會隨之增高，當(dāng)煤漿濃度降低時，

煤漿粘度也會隨之降低。

c）添加劑用量：在一定范圍內(nèi)，添加劑用量增加會降低煤漿粘度，添加劑

用量減少會提高煤漿粘度。

2）煤漿粘度的控制方法

a）如果是因煤漿粒度太細(xì)造成煤漿粘度變大時，可適當(dāng)增大煤漿粒度，降低

煤漿粘度；如果是因?yàn)槊簼{顆粒偏粗造成煤漿粘度降低時，可適當(dāng)減小煤漿粒度,

增加煤漿粘度，但如果調(diào)整會造成煤漿粒度分布偏離工藝指標(biāo)時，不應(yīng)采用該方

法，而采用其它方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。

b）如果是因?yàn)樘砑觿┯昧坎缓线m引起的粘度變化可作如下調(diào)整：

-當(dāng)煤漿粘度偏低時，可在正常用量的基礎(chǔ)上適當(dāng)減少添加劑用量

-當(dāng)煤漿粘度偏高時，可在正常用量的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加添加劑用量

-當(dāng)添加劑用量調(diào)節(jié)對煤漿粘度調(diào)整作用不明顯時，應(yīng)及時查找其它原

因，并以其它方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.煤漿粒度分布的控制

煤漿粒度分布是水煤漿氣化技術(shù)中重要的工藝指標(biāo)之一，它決定了煤漿的性

能、煤漿在氣化爐內(nèi)反應(yīng)效率等，所以操作中應(yīng)保證煤漿粒度的穩(wěn)定。

1）影響煤漿粒度分布的主要因素：

a）原料煤的硬度：原料煤的硬度大時，煤不易被磨細(xì)，煤漿粒度會變粗;

當(dāng)原料煤硬度低時，煤易于被磨細(xì)，煤漿粒度會變細(xì)。

b）鋼球級配：鋼球級配直接影響煤漿粒度分布的合理與否，在原料煤煤種

不變時，調(diào)整鋼球級配是調(diào)節(jié)煤漿粒度分布的主要手段。

c）生產(chǎn)負(fù)荷：生產(chǎn)負(fù)荷增大時，煤漿粒度會增大；當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷減小時，煤

漿粒度會變細(xì)。

d）入磨機(jī)原料煤粒度：入磨機(jī)原料煤粒度大，出料煤漿粒度增大，入磨機(jī)

原料煤粒度小，則出料煤漿粒度變細(xì)。

2）煤漿粒度的調(diào)節(jié)方法

a）保證原料煤煤質(zhì)的穩(wěn)定，特別是原料煤的硬度不要波動太大，當(dāng)原料煤

硬度變化時，可通過調(diào)整生產(chǎn)負(fù)荷的大小和磨機(jī)內(nèi)鋼球的級配來作相應(yīng)的調(diào)節(jié)。

b）保證磨機(jī)內(nèi)鋼球級配的合理性，并定期補(bǔ)加新鋼球以保證級配的穩(wěn)定。

操作中當(dāng)煤漿粒度變大時，可適當(dāng)補(bǔ)加部分直徑小的鋼球；當(dāng)煤漿粒度變小時,

可適當(dāng)補(bǔ)加部分直徑大的鋼球。

c）保證生產(chǎn)負(fù)荷的相對穩(wěn)定，當(dāng)煤漿粒度變細(xì)時，可適當(dāng)增加磨機(jī)的投煤

量；當(dāng)煤漿粒度變粗時，可適當(dāng)減小磨機(jī)的投煤量。

d）保證入磨機(jī)原料煤粒度的穩(wěn)定，煤漿粒度變細(xì)時，可適當(dāng)增加原料煤的

粒度；當(dāng)煤漿粒度變粗時，可適當(dāng)降低原料煤的粒度。

注：由于影響煤漿粒度分布的因素較多，操作中當(dāng)煤漿粒度變化時，應(yīng)首先

查明原因，然后再作相應(yīng)的處理。

五.水煤漿氣化原料煤種的選擇

可用于水煤漿氣化的原料種類比較廣泛，例如各種煙煤、褐煤、泥煤、石油

焦，甚至城市垃圾也可作為給料。但據(jù)國內(nèi)外各用戶的實(shí)際運(yùn)行情況來看，并非

所有的煤種都適用于水煤漿氣化裝置，要保證長周期穩(wěn)定運(yùn)行并獲得較好的經(jīng)濟(jì)

效益，必須認(rèn)真細(xì)致地選好煤種。

設(shè)計(jì)水煤漿氣化工藝時，首先需要了解準(zhǔn)備作為原料使用的煤炭的物理化

學(xué)特性，包括工業(yè)分析、元素分析、水分、煤灰組成、發(fā)熱量、灰熔點(diǎn)、助熔劑

試驗(yàn)、可磨指數(shù)的測定、實(shí)驗(yàn)室煤漿特性試驗(yàn)（包括添加劑試驗(yàn)），以評析所選

用的煤在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上是否可用作氣化原料，這些分析和試驗(yàn)都是初步判定煤

種特性的重要依據(jù)。

1.煤的質(zhì)量及其對氣化過程的影響

煤的品種很多，按其在地下生成時間的長短，大體可分為泥煤、褐煤、煙煤

和無煙煤等，煤化程度依次增加。隨著氣化工藝選取的不同，其對煤品質(zhì)的要求

也不盡相同，高活性、高揮發(fā)分的煙煤是德士古水煤漿氣化工藝的首選煤種。

（1）總水分總水包括外水和內(nèi)水。外水是煤粒表面附著的水分，來源于人

為噴灑和露天放置中的雨水，通過自然風(fēng)干即可失去。外水對德士古煤氣化沒有

影響，但如果波動太大對煤漿濃度有一定影響，而且會增加運(yùn)輸成本，應(yīng)盡量降

低。煤的內(nèi)水是煤的結(jié)合水，以吸附態(tài)或化合態(tài)形式存在于煤中，煤的內(nèi)水高同

樣會增加運(yùn)輸費(fèi)用，但更重要的是內(nèi)水是影響成漿性能的關(guān)鍵因素，內(nèi)水越高成

漿性能越差，制備的煤漿濃度越低，對氣化有效氣體含量、氧氣消耗和高負(fù)荷運(yùn)

行不利。

（2）揮發(fā)分及固定碳煤化程度增加，則可揮發(fā)物減少，固定碳增加。固定

碳與可揮發(fā)物之比稱為燃料比，當(dāng)煤化程度增加時，它也顯著增加，因而成為顯

示煤炭分類及特性的一個參數(shù)。煤中揮發(fā)分高有利于煤的氣化和碳轉(zhuǎn)化率的提高,

但是揮發(fā)分太高的煤種容易自燃，給儲煤帶來一定麻煩。

（3）煤的灰分及灰熔點(diǎn)

①灰分?；曳质侵该褐兴锌扇嘉镔|(zhì)完全反應(yīng)后其中的礦物質(zhì)在高溫下分解、

化合所形成的惰性殘?jiān)?，是金屬和非金屬的氧化物和鹽類（碳酸鹽、硅鋁酸鹽、

硅酸鹽、硫酸鹽等）的混合體。燃燒后實(shí)際測得的是煤灰的產(chǎn)率，而并非煤中

真正的灰含量，在高溫氧化還原氣氛中煤中礦物質(zhì)的存在形式已經(jīng)發(fā)生了一系列

的物理和化學(xué)變化?；曳蛛m然不直接參加氣化反應(yīng)，但卻要消耗煤在氧化反應(yīng)中

所產(chǎn)生的反應(yīng)熱，用于灰分的升溫、熔化及轉(zhuǎn)化。灰分含有率越高，煤的總發(fā)熱

量就越低，漿化特性也多半較差。根據(jù)資料介紹，同樣反應(yīng)條件下，灰分含量每

增加1%,氧耗約增加0.7%~0.8%,煤耗約增加1.3%~1.5%。

灰分含量的增高，不僅會增加廢渣的外運(yùn)量，而且會增加渣對耐火磚的侵蝕

和磨損，還會使運(yùn)行黑水中固含量增高，加重黑水對管道、閥門、設(shè)備的磨損，

也容易造成結(jié)垢堵塞現(xiàn)象，因此應(yīng)盡量選用低灰分的煤種，以保證氣化運(yùn)行的經(jīng)

濟(jì)性。

②灰熔點(diǎn)。煤灰的熔融性習(xí)慣上用四個溫度來衡量，即煤灰的初始變性溫度

（IT或T1）、軟化溫度（ST或T2）、半球溫度（HT或T3）、流動溫度（FT或

T4）o煤的灰熔點(diǎn)一般是指流動溫度，它的高低與灰的化學(xué)組成密切相關(guān)。

由日常煤灰分析可知，SiO?、Al203,CaO和Fe。組分約占灰分組成的

90%~95%左右，它們的含量相對變化對灰熔點(diǎn)影響極大，因此許多學(xué)者常用

四元體系SiOz-A1A-CaO-Fe2O3來研究灰的黏溫特性。

典型的灰渣組成/%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

AI2O3：

組分Si02Ti02Fe203CaOMgOK20Na:0P03SO3

組成37Y016?33).97.94-25375.2-2.91.3T.61.2?1.9).1-2.4

一般認(rèn)為